近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心低功耗量子材料研究團隊在拓撲磁結構的構筑研究中取得新進(jìn)展，論文發(fā)表在Nature Communications?期刊上。

拓撲磁結構是一類(lèi)具有非平庸拓撲特性的自旋排列，具有尺寸小、穩定性高、電流易操控等優(yōu)點(diǎn)，有望作為下一代數據載體，構筑突破傳統磁存儲技術(shù)限制的磁電子學(xué)器件。研究團隊在前期提出了反轉磁場(chǎng)方法可控誘導生成多拓撲荷磁結構，在手性螺旋磁性材料FeGe中率先觀(guān)測到了“磁束子（Magnetic Skyrmion Bundles）（Nature Nanotechnology 16: 1086 (2021)）。這開(kāi)拓了基于磁拓撲荷自由度的自旋電子學(xué)器件研究的新領(lǐng)域。

室溫且零磁場(chǎng)穩定的“磁束子”是多拓撲荷自旋電子學(xué)器件實(shí)用化的前提條件，而以往磁束子是在低溫和磁場(chǎng)條件下實(shí)現的。針對上述問(wèn)題，研究團隊首先在室溫手性螺磁材料Co₈Zn₁₀Mn₂材料中，巧妙利用脈沖電流與反轉磁場(chǎng)相結合的方式，實(shí)現了豐富的室溫手性磁束子，避免了以往磁束子生成過(guò)程中必要的復雜場(chǎng)冷操作過(guò)程。隨后，研究團隊提出并利用特殊的零磁場(chǎng)垂直螺旋疇磁化背景來(lái)穩定磁束子的物理機制，建立了磁束子完整的磁場(chǎng)-溫度相圖，最終研究團隊在自由邊界條件下實(shí)現了孤立磁束子在零磁場(chǎng)室溫下的穩定存在。

上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項目、國家自然科學(xué)基金杰出青年基金項目、中國科學(xué)院穩定支持基礎研究領(lǐng)域青年團隊計劃等項目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47730-6

圖: (a) 磁拓撲荷Q = 2的磁束子。(b) Q = 2磁束子的穩定磁場(chǎng)-溫度相圖。